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Onset of solid-state mantle convection and mixing during magma ocean solidification

Maurice, M. und Tosi, Nicola und Samuel, H. und Plesa, A.-C. und Hüttig, C. und Breuer, D. (2017) Onset of solid-state mantle convection and mixing during magma ocean solidification. Journal of Geophysical Research: Planets, 122 (3), Seiten 577-598. Wiley. doi: 10.1002/2016JE005250. ISSN 2169-9097.

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Offizielle URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JE005250/abstract

Kurzfassung

The energy sources involved in the early stages of the formation of terrestrial bodies can induce partial or even complete melting of the mantle, leading to the emergence of magma oceans. The fractional crystallization of a magma ocean can cause the formation of a compositional layering that can play a fundamental role for the subsequent long-term dynamics of the interior and for the evolution of geochemical reservoirs. In order to assess to what extent primordial compositional heterogeneities generated by magma ocean solidification can be preserved, we investigate the solidification of a whole-mantle Martian magma ocean, and in particular the conditions that allow solid-state convection to start mixing the mantle before solidification is completed. To this end, we performed 2-D numerical simulations in a cylindrical geometry. We treat the liquid magma ocean in a parameterized way while we self-consistently solve the conservation equations of thermochemical convection in the growing solid cumulates accounting for pressure-, temperature-, and, where it applies, melt-dependent viscosity. By testing the effects of different cooling rates and convective vigor, we show that for a lifetime of the liquid magma ocean of 1 Myr or longer, the onset of solid-state convection prior to complete mantle crystallization is likely and that a significant part of the compositional heterogeneities generated by fractionation can be erased by efficient mantle mixing. We discuss the consequences of our findings in relation to the formation and evolution of compositional reservoirs on Mars and on the other terrestrial bodies of the solar system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/114241/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Onset of solid-state mantle convection and mixing during magma ocean solidification
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Maurice, M.max.maurice (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Samuel, H.Université de Toulouse, UPS-OMP, IRAP, Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Plesa, A.-C.ana.plesa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3366-7621NICHT SPEZIFIZIERT
Hüttig, C.christian.huettig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breuer, D.doris.breuer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9019-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 März 2017
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Planets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:122
DOI:10.1002/2016JE005250
Seitenbereich:Seiten 577-598
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Hauck, S.A.Steven A. Hauck, II, Department of Earth, Environmental, and Planetary Sciences Case Western Reserve University 10900 Euclid Avenue Cleveland, OH 44106-7216NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:2169-9097
Status:veröffentlicht
Stichwörter:magma ocean, fractional crystallization, mantle convection, mantle mixing
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung
Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Institut für Planetenforschung > Planetare Sensorsysteme
Hinterlegt von: Rückriemen, Tina
Hinterlegt am:20 Sep 2017 11:13
Letzte Änderung:02 Nov 2023 14:51

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